專利名稱：有鈷鉻鐵第一鐵磁膜的反鐵磁耦合磁記錄介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁記錄介質，尤其涉及帶反鐵磁耦合(AFC)磁記錄薄膜的磁記錄盤。
背景技術：
傳統(tǒng)的磁記錄介質，例如硬盤驅動器里的磁記錄盤，通常利用粒狀鐵磁層，如濺射沉積的鈷鉑(CoPt)合金作為記錄介質。磁層中的每個磁化區(qū)域均包括很多個小磁粒。磁化區(qū)域間的切換代表記錄數(shù)據(jù)的“比特”。IBM公司的美國專利4,789,598和5,523,173描述了這種傳統(tǒng)的硬盤。
隨著磁記錄盤的存儲密度的提高，剩余磁化強度Mr(這里，Mr以單位體積鐵磁材料的磁矩為單位進行測量)和磁層厚度t的乘積降低。類似地，磁層的矯頑磁場或矯頑力(Hc)也跟著增強。這導致Mrt/Hc比的降低。這種降低的原因在于參數(shù)Mrt/Hc與記錄頭以高密度解析磁比特的能力有關。降低Mrt/Hc會增加這種能力。要使Mrt減小，可以減小磁層的厚度t，但是厚度減小也有一定的限度，因為厚度過小，則存儲在磁層的磁信息會衰減。磁化的衰減歸因于小磁粒的熱激發(fā)(超磁效應)。磁粒的熱穩(wěn)定性很大程度上取決于KuV的值，其中Ku是層的磁各向異性常數(shù)，V是磁粒的體積。V的值隨著薄膜厚度的減小而減小。如果層厚度太薄，那么在正常的盤驅動器操作條件下，磁盤上存儲的磁信息就不再穩(wěn)定。
解決這個問題的一個方法就是轉而采用具有更高各向異性的材料(即Ku值更高)。但是Ku的增大也有一個限制，即如果矯頑力Hc過大，則無法用傳統(tǒng)記錄磁頭寫出，這里Hc近似等于Ku/Ms(Ms為飽和磁化強度)。類似的方法是把固定層厚的磁層的Ms值減小，這使得由于Mr與Ms相關而使Mr減小，然而這同樣受到能夠寫出的矯頑力的限制。另外一個方法就增強粒間交換能力，以增加磁粒的有效磁體積(magneticvolume)V。然而，事實證明這樣做對磁層的固有信噪比(SNR)不利。
美國專利6,280,813描述了一種磁記錄介質，其中磁記錄層是至少兩個鐵磁膜，這兩個鐵磁膜通過非鐵磁間隔膜反鐵磁耦合在一起。在這種被稱為AFC介質的磁介質中，兩個反鐵磁耦合膜的磁矩的取向是反平行的，結果記錄層的凈剩余磁化強度-厚度積(Mrt)就是兩個鐵磁薄膜的Mrt值的差。在無需減少體積V的情況下實現(xiàn)了Mrt的降低。因此記錄介質的熱穩(wěn)定性沒有降低。使其中的一個鐵磁薄膜比另外一個更厚，然而如此選擇厚度，使得零施加磁場中的凈磁矩較低，然而非零。在AFC介質的一個實施例中，兩個鐵磁薄膜是濺射沉積的CoPtCrB合金薄膜，其被Ru間隔薄膜隔開，Ru間隔薄膜的厚度使得兩個CoptCrB薄膜之間的反鐵磁耦合最大。
將類似CoPtCrBAFC的含硼合金用作AFC介質中的鐵磁膜成分的方式需要使用一個特殊的啟動或者晶核形成層(onset or necleationlayer)，以增強CoPtCrB膜的生長，使得這些膜的C軸處于膜的平面上。晶核形成層通常是非鐵磁CoCr合金，它在生產(chǎn)線上仍需要另一個濺射工位。在前面提到的未決申請中，AFC介質中的下部鐵磁膜是無硼鐵磁CoCr合金，在它和Cr或Cr合金底層之間不需要晶核形成層。這種鐵磁CoCr合金具有足夠的飽和磁化強度(Ms)和顆粒結構，以產(chǎn)生AFC記錄層的優(yōu)良磁記錄性能，這種合金還可以作為晶核形成層，以通過間隔層誘導上部CoPtCrB鐵磁膜的平面內(nèi)C軸生長。
磁記錄介質中另一個仍然存在的問題是固有的介質噪聲，它是決定硬盤驅動器中總體信噪比的重要因素。所以我們需要一種降低介質噪聲的AFC介質。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種AFC磁記錄介質，它具有通過非鐵磁間隔膜反鐵磁交換耦合在一起的至少兩層鐵磁膜。在這種反鐵磁耦合(AFC)的記錄層中，兩個鐵磁膜的磁矩的取向是反平行的，這樣，AFC記錄層的凈剩余磁化強度-厚度積(Mrt)是兩層鐵磁膜的Mrt值的差值。Mrt值的減小并不減小記錄介質的熱穩(wěn)定性。AFC記錄層的下部鐵磁膜是鐵磁CoCrFe合金，在它和Cr合金底層之間不需要晶核形成層。以CoCrFe合金作為第一或下部鐵磁膜的AFC介質減少了介質的固有噪聲。
為了更全面地理解本發(fā)明的本質和優(yōu)點，參照下面結合附圖所進行的詳細說明。


圖1是前面提到的未決申請中描述的AFC磁記錄盤的現(xiàn)有技術示意截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的AFC磁記錄盤的示意截面圖。
圖3的圖表針對具有CoCrFe下部AFC膜的幾種磁盤，示出了不同密度(千磁通變化/英寸或kfci)下記錄的轉變的隔離信號脈沖與測量噪聲(S0NR)的測量比值。
具體實施例方式
AFC盤的總體結構本發(fā)明的磁記錄盤具有磁記錄層，磁記錄層由兩個或更多的鐵磁膜構成，所述鐵磁膜通過一個或多個非鐵磁間隔膜與其相鄰鐵磁膜反鐵磁(AF)耦合。圖1圖解了具有反鐵磁耦合(AFC)磁層20的盤10的截面結構。
盤基底11是具有NiP表面涂層的任何適合的材料，例如玻璃，SiC/Si，陶瓷，石英或AlMg合金。種子層12是可以用來改進底層13的生長的可選層。在基底11為非金屬材材料，如玻璃時，通常使用種子層12。種子層12的厚度大約在1到50nm的范圍內(nèi)，并且是諸如Ta，CrTi，NiAl或RuAl的材料中的一種，這些材料可被用作種子材料，以促進后續(xù)沉積的層在某些優(yōu)選晶體取向上的生長。玻璃基底11和種子層12之間也可以使用預種子層(未示出)。底層13被沉積在種子層(如果存在)上，或直接沉積在基底11上，并且是一種非磁性材料，如鉻或鉻合金，例如CrV或CrTi。底層13的厚度在5到100nm的范圍內(nèi)，通常為接近10nm。
AFC磁層20由兩層鐵磁膜22，24組成，這兩層膜被非鐵磁間隔膜26隔開。選擇非鐵磁間隔膜26的厚度和組成，使得鄰近的膜22，24的磁矩32，34通過非鐵磁間隔膜26反鐵磁耦合，并且在零施加場中為反平行。層20的兩個反鐵磁耦合膜22，24的磁矩的取向為反平行，其中上部的膜22的磁矩更大。鐵磁膜22，24由具有4-20at.％(原子百分數(shù))的鉑，10-23at.％的鉻以及2-20at.％的硼的CoPtCrB合金構成。非鐵磁間隔膜26的材料為釕(Ru)。
因為AFC磁層20的第一鐵磁膜24是含硼的CoPtCrB合金，一層很薄(厚度通常為1-5nm)的Co合金啟動或晶核形成層14沉積在底層13上。選擇晶核形成層14的組成以增強膜24的六角形密集(HCP)CoPtCrB合金的生長，使得其C軸的取向在膜的平面中。第一CoPtCrB膜24的合適晶體結構則通過Ru間隔膜26增強第二CoptCrB膜22的生長，使其C軸也在平面內(nèi)。如果CoPtCrB膜24直接生長在沒有晶核形成層的Cr合金底層13上，則不會以其C軸在膜的平面內(nèi)的方式生長，這樣就會產(chǎn)生很弱的磁記錄性能。眾所周知，硼的存在對在記錄層上形成微小顆粒是很重要的，而微小顆粒的形成對高性能介質是必要的。因此晶核形成層14允許使用含硼合金作為記錄層。晶核形成層14通常為非鐵磁Co合金，例如Cr＞＝31at.％的CoCr合金。這種CoCr合金的組成產(chǎn)生非鐵磁性或輕微鐵磁性的相(phase)。
如圖1的層20的結構所示，經(jīng)由非鐵磁轉變金屬間隔膜的鐵磁膜反鐵磁耦合在本文中已經(jīng)進行了廣泛研究和說明。通常，隨著間隔膜厚度的增加，交換耦合從鐵磁性擺動到非鐵磁性。這種所選材料組成的擺動耦合關系在Parkin等人的“金屬超晶格結構Co/Ru，Co/Cr和Fe/Cr中交換耦合和磁電阻的擺動”(Phys.Rev.Lett.Vol.64，p.2034(1990))一文中進行過詳細的介紹。材料組成包括Co，F(xiàn)e，Ni及其合金，例如Ni-Fe，Ni-Co，F(xiàn)e-Co組成的鐵磁膜，和非鐵磁間隔膜，例如Ru，鉻(Cr)，銠(Rh)，銥(Ir)，銅(Cu)及其合金。對于每種這樣的材料組成，必須確定擺動交換耦合關系(如果還不知道)，以便選擇非鐵磁間隔膜的厚度，以保證兩層鐵磁膜之間的反鐵磁耦合。擺動周期取決于非鐵磁間隔膜的材料，擺動耦合的強度和相位同樣取決于鐵磁材料和界面質量。
對于層20的AFC結構，鄰近的層22，24的磁矩32，34的取向反平行對齊，于是破壞性相加。箭頭32，34分別代表通過AF耦合膜26直接在彼此上面和下面的磁域的磁矩取向。
雖然圖1示出的是具有雙膜結構和單一間隔膜的AFC磁層20，然而AFC磁盤可以具有額外的鐵磁膜，其間存在AF耦合間隔膜。
具有CoCrFe下部鐵磁膜的AFC磁盤的結構使用玻璃基底和CoPtCrB單層磁層的高性能市售磁盤可能需要多達六層。這些層分別是玻璃基底上的預種子層(pre-seed layer)(沒有在圖1中示出)，種子層，底層，非鐵磁(或輕微鐵磁)CoCr晶核形成層，CoPtCrB磁層和保護外涂層。諸如Circulus M12的通用制造飛濺工具當前只有七個工位(station)可用于實際的濺射沉積，假設使用兩個加熱工位和一個冷卻工位。由于AFC磁層用三個層取代單磁層，產(chǎn)生AFC磁盤所需的飛濺陰極的總數(shù)為八個。這個數(shù)字大于上述配置的CirculusM12中當前可用的飛濺陰極數(shù)。其它類型的制造飛濺工具也會具有有限數(shù)目的飛濺陰極，這造成了AFC介質實現(xiàn)的難度。
某些材料可具有雙重目的在AFC層中作為下部鐵磁膜，和通過Ru間隔層促進第二CoPtCrB膜的平面內(nèi)C軸生長。這允許將AFC層的晶核形成層和下部鐵磁膜組合成一個層，因此只需要一個飛濺陰極。這樣便減少了AFC磁盤結構中的濺射層的總數(shù)，從而克服了潛在的可制造性問題。前面列舉的未決申請已經(jīng)證明，鐵磁性Co78Cr22(它的飽和磁化強度(Ms)為425emu/cc)在AFC結構中既作為啟動或晶核形成層，又作為下部的膜。
在本發(fā)明中，CoCrFe合金在AFC記錄中既作為啟動或晶核形成層，又作為下部的膜，并且還顯著提高了AFC介質的信噪比。這是一個出人意料的結果，因為已知把Fe加到Co合金中會增加顆粒間交換耦合，這通常被認為對記錄性能有害。如在前面列舉的美國專利6,280,813中所解釋的，使用具有孤立磁粒，即沒有顆粒間交換耦合的顆粒鐵磁材料對于降低介質噪聲是有利的，因為上面已經(jīng)說明顆粒間交換耦合會增加介質噪聲。因此沒有預料到使用CoCrFe下部薄膜會降低AFC介質中的介質噪聲。
圖2示出了根據(jù)發(fā)明的AFC磁盤10’的優(yōu)選結構。優(yōu)選實施例中各種層的厚度和組成如下所述預種子層Cr50Ti50(20-50nm)種子層12Ru50Al50(8-20nm)底層13Cr80Ti20(6-20nm)直接在底層13上的下部AFC薄膜24’Co(100-x-y)CrxFey，其中2＜x＜25并且2＜y＜30間隔層26Ru或Cr(0.4-1.0nm)上部AFC薄膜22C0(100-y-x-z)PtyCrxBz，其中6＜y＜25，10＜x＜25并且6＜z＜15。
在優(yōu)選實施例中，作為不需要特殊晶核形成層的底部AFC膜的CoCrFe合金具有大約2-30at.％的Fe和大約2-25at.％的Cr成分。Fe的濃度主要由厚度和底部AFC膜的Mrt決定。對于指定厚度，F(xiàn)e和Cr的at.％決定CoCrFe膜的Mrt。Fe的上限是這樣的值，即在該值附近CoCrFe合金的hcp結構會消失，于是破壞上部CoPtCrB膜的后續(xù)平面內(nèi)C軸生長。Cr的大約為25at.％的上限是這樣的值，即在該值附近CoCrFe合金變?yōu)榉氰F磁性。CoCrFe合金的期望厚度由最優(yōu)膜生長和記錄性能來決定，一般在大約0.5和3.5nm之間。
圖3針對幾種磁盤示出了不同密度(千磁通變化/英寸或kfci)下記錄的轉變的隔離信號脈沖和測量噪聲(S0NR)的測量比。這些介質全部在相同的生長條件下生長，底層和上部AFC膜具有相同的厚度和合金。上部AFC膜的Mrt＝0.39emu/cm2。合成的Mrt值以圖符形式列出，并且通過從上部AFC膜的Mrt中減去下部AFC膜的Mrt來得到。圖3表明，相比于使用前面提到的待決申請所述的CoCr合金作為下部膜的AFC介質，使用CoCrFe合金作為下部膜的AFC介質具有明顯更高的S0NR。圖3還表明，即使與使用具有不同Mrt值的CoCr下部膜的AFC介質相比，在具有CoCrFe下部膜的AFC介質中也可以提高S0NR。
雖然上面參照優(yōu)選實施例具體示出和說明了本發(fā)明，然而本領域技術人員應當理解，在不偏離本發(fā)明的實質、范圍和教導的前提下可以在形式和細節(jié)方面進行各種改變。因此，所公開的發(fā)明僅僅被認為是說明性的，其范圍應當由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種磁記錄盤，包括基底；基底上的、從Cr和各種Cr合金構成的組中選出的非鐵磁底層；直接在底層上形成并且與底層接觸的第一鐵磁膜，第一鐵磁膜是基本上由鈷(Co)，鉻(Cr)和鐵(Fe)構成的合金；第一鐵磁膜上的非鐵磁間隔膜；和間隔膜上的第二鐵磁膜，第二鐵磁膜是包括Co和B的合金，第二鐵磁膜通過間隔膜與第一鐵磁膜反鐵磁交換耦合。
2.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中底層是只具有Cr和鈦(Ti)的合金。
3.如權利要求1所述的磁記錄盤，還包括在基底與底層之間的種子層，其中底層直接在種子層上形成并且與種子層接觸。
4.如權利要求3所述的磁記錄盤，其中種子層是只具有釕(Ru)和鋁(Al)的合金。
5.如權利要求3所述的磁記錄盤，其中種子層是只具有鎳(Ni)和鋁(Al)的合金。
6.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中間隔膜主要由釕(Ru)構成。
7.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中第二鐵磁膜是還包括Cr和Pt的合金。
8.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中基底是玻璃。
9.如權利要求1所述的磁記錄盤，還包含在第二鐵磁膜上形成的保護外涂層。
10.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中第一鐵磁膜是只具有Co，Cr和Fe的合金。
11.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中第一鐵磁膜的組成為Co(100-x-y)CrxFey，其中x介于2和25之間，y介于2和30之間。
12.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中第一鐵磁膜的厚度在大約0.5到3.5nm之間。
13.如權利要求1所述的磁記錄盤，其中第一鐵磁膜具有厚度t1和磁化強度M1，第二鐵磁膜具有厚度t2和磁化強度M2，第一和第二鐵磁膜的單位面積磁矩(M1×t1)和(M2×t2)互不相同。
14.一種磁記錄盤，包括玻璃基底；基底上的、從由Cr，CrV合金和CrTi合金構成的組中選出的底層；底層上的磁記錄層，包括第一鐵磁膜，為只具有Co、Cr和Fe的合金，其中Cr的原子百分數(shù)介于大約2和25之間，F(xiàn)e的原子百分數(shù)介于大約2和30間，第一鐵磁膜在底層上并且與底層接觸；第一鐵磁膜上的、具有從由Ru，Cr，Rh，Ir，Cu及其合金構成的組中選擇的材料的非鐵磁間隔膜；和間隔膜上的第二鐵磁膜，為包括Co和B的合金，間隔膜的厚度足夠使第二鐵磁膜通過間隔膜與第一鐵磁膜反鐵磁交換耦合；和磁記錄層上形成的保護外涂層。
15.如權利要求14所述的磁記錄盤，還包括在基底和底層之間的種子層，其中底層里是只具有Cr和Ti的合金，其直接在種子層上形成并且與種子層接觸。
16.如權利要求15所述的磁記錄盤，其中種子層是從包括RuAl合金和NiAl合金的組中選出的。
17.如權利要求16所述的磁記錄盤，其中間隔層是Ru。
全文摘要
用于數(shù)據(jù)存儲的磁記錄介質使用一種至少包含兩層鐵磁膜的磁記錄層，這兩層鐵磁膜通過非鐵磁間隔膜反鐵磁交換耦合在一起。在這個反鐵磁耦合(AFC)記錄層中，兩個鐵磁膜的磁矩反平行，于是AFC記錄層的凈剩余磁化強度－厚度積(Mrt)是這兩層鐵磁膜的Mrt的差值。Mrt的這個縮減不會降低記錄介質的熱穩(wěn)定性。AFC記錄層中的下部鐵磁薄膜是鐵磁CoCrFe合金，在其與Cr合金底層之間不需要晶核形成層。以CoCrFe合金作為AFC記錄層中的第一或下部鐵磁薄膜的方式減小了固有的介質噪聲。
文檔編號G11B5/82GK1542746SQ200410005490
公開日2004年11月3日 申請日期2004年2月19日 優(yōu)先權日2003年3月11日
發(fā)明者華·V.·多, 華 V. 多, F. 多爾納, 瑪麗·F.·多爾納, E. 夫勒頓, 埃里克·E.·夫勒頓, T. 瑪古利斯, 戴維·T.·瑪古利斯, F. 蘇帕, 納塔查·F.·蘇帕 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司